Под Тибетским нагорьем застрял большой фрагмент Индийской плиты

С помощью сейсмотомографической визуализации геофизикам удалось выявить особенности строения Индо-Азиатской коллизионной зоны. Оказалось, что в ходе субдукции под Евразийскую плиту проникла значительная часть континентальной литосферы Индийской плиты и осталась там, прекратив погружение. Это привело к утолщению коры и подъему Тибетского нагорья, а также обусловило отсутствие наклона. По мнению авторов исследования, отчет о котором опубликован в Proceedings of the National Academy of Sciences, погружению мешает подстилающий литосферу мощный поток мантийной конвекции, и он же заставляет Индо-Австралийскую плиту вдавливаться в Евразийскую.

Тибетское нагорье — самое высокое (4500–5000 метров над уровнем моря) и крупное (около 2,5 миллиона квадратных километров) горное плато на Земле. При этом его отличает постоянство уровня высот: на всем протяжении нагорье практически не имеет заметного наклона. На севере и северо-западе его расположено несколько вулканических полей. Формирование нагорья стало результатом столкновения около 55 миллионов лет назад и продолжающейся до сих пор конвергенции ― схождения ― объединенной Индо-Австралийской и Евразийской литосферных плит. Сейсмологические исследования показали, что индостанская континентальная литосфера проникла под Тибетское нагорье далеко на север.

Для объяснения подъема Тибетского нагорья был предложен ряд гипотез, таких как выдавливание литосферных блоков вдоль крупных сдвиговых разломов, удаление отслоившейся нижней части утолщенной литосферы конвективным потоком, пододвигание Индийской плиты практически под всю территорию нагорья и другие. Все эти предположения, базирующиеся на многочисленных геологических, геохимических и геофизических наблюдениях, было трудно как обосновать, так и опровергнуть. Поэтому характер взаимосвязей между ростом Тибета и глубинными геодинамическими процессами до сих пор остается предметом разногласий.

Чтобы выяснить морфологию и состояние остатков Индийской плиты под Тибетским нагорьем, а также решить вопрос о силах, которые управляют ее движением, геофизик Цзиньчэн Ма (Jincheng Ma) из Пекинского университета и его коллеги из Германии, Китая и Швейцарии применили сейсмотомографическую визуализацию методом полноволновой инверсии. Он требует больших вычислительных ресурсов, но позволяет получать оценку скоростных и плотностных свойств изучаемой среды после минимальной предварительной обработки сейсмограмм, при этом для моделирования среды может использоваться все поле зарегистрированных сейсмических волн. Исследователи задействовали записи 410 землетрясений, зарегистрированные на 2427 широкополосных станциях, для итеративной минимизации невязок модельных и реальных сейсмограмм.

Полученная картина четко отображает Индостанский слэб ― остаток субдуцировавшей под Евразию плиты ― как высокоскоростную, то есть относительно холодную и плотную аномалию толщиной до 150 километров. Она лежит почти под всем Тибетским нагорьем до глубины около 300 километров практически горизонтально, с небольшим уклоном на север, без признаков погружения в более глубокие слои. Под северной частью нагорья на глубинах от 70 до 180 километров, между тибетской корой и Индостанским слэбом, располагается более горячий и менее плотный слой низких скоростей сейсмических волн. Его присутствие можно объяснить частичным плавлением ― в пользу этого говорит наличие вулканов на Тибете. Цзиньчэн Ма и его коллеги предположили, что здесь скапливались фрагменты континентального массива, утянутые вниз в процессе субдукции, и их аккумуляция способствовала наращиванию коры под Тибетом. Высокая плавучесть этого слоя послужила фактором выравнивания поверхности нагорья и установления изостатического равновесия.

По мнению исследователей, на начальном этапе конвергенции мог действовать механизм субдукционного затягивания: расчеты показывают, что плавучесть погружающейся плиты могла быть отрицательной при условии, что с нее эффективно соскребались наименее плотные верхние слои континентальной коры. Однако позднее на глубине около 300 километров Индостанский слэб, видимо, достиг нулевой плавучести, и механизм субдукционного затягивания перестал работать. Так под Тибетским нагорьем оказались сжаты и погребены почти пять миллионов квадратных километров бывшего континента, а Индийская плита вместо погружения начала вдавливаться в Евразийскую.

Эта континентальная коллизия продолжается и сейчас ― отчасти за счет внутриплитного усилия, передающегося от активной Зондской субдукционной зоны. Но в качестве главной движущей силы этого процесса, очевидно, следует рассматривать конвективный мантийный поток. С ним Цзиньчэн Ма и его коллеги связывают выявленную сейсмотомографией крупномасштабную низкоскоростную аномалию. Она начинается в районе горячей точки Реюньон и тянется в северо-восточном направлении на средней глубине 200 километров. Под Гималаями мантийный поток опускается глубже, буквально подпирая Индостанский слэб и сопротивляясь его погружению, и продолжается до Байкальской рифтовой зоны. Как полагают авторы исследования, именно этот поток стал основным фактором возникновения и развития Индо-Азиатской коллизионной зоны, и, в конечном итоге, образования Тибетского нагорья.

Ранее N + 1 рассказывал о том, как геологи нашли остатки обширной тектонической плиты, существовавшей в Палеотихоокеанском бассейне в юрском и меловом периодах.